De wereldwijde vraag naar lithiumextractie groeit elke dag en wordt vooral gestimuleerd door een toenemend gebruik van lithium in nieuwe batterijtechnologieën voor consumentenelektronica en elektrische auto’s. Hoewel u waarschijnlijk wel van lithiumbatterijen hebt gehoord, wilt u misschien toch weten waar al dat lithium vandaan komt en hoe het wordt geproduceerd. Als dat zo is, vraag je je misschien af “wat is lithiumwinning en hoe werkt het?”
Lithiumwinning en -verwerking kunnen sterk afhankelijk zijn van de bron van het metaal, dus in dit artikel bekijken we enkele van de meer typische lithiumproductiestrategieën en hoe ze zich tot elkaar verhouden.
Wat is lithiumwinning?
Lithium is een zeer reactief alkalimetaal dat een uitstekend warmte- en elektrisch geleidingsvermogen biedt. Deze eigenschappen maken het bijzonder nuttig voor de vervaardiging van glas, hoge-temperatuursmeermiddelen, chemicaliën, geneesmiddelen en lithium-ionbatterijen voor elektrische auto’s en consumentenelektronica. Vanwege zijn hoge reactiviteit komt zuiver elementair lithium echter niet in de natuur voor, maar is het aanwezig als bestanddeel van zouten of andere verbindingen. Evenzo is het meeste commerciële lithium beschikbaar in de vorm van lithiumcarbonaat, een relatief stabiele verbinding die gemakkelijk kan worden omgezet in andere zouten of chemicaliën.
Lithiumzouten worden gevonden in ondergrondse afzettingen van pekel, mineraalerts, en klei, alsook in zeewater en geothermische bronpekel/water. Per definitie is lithiumwinning een reeks chemische processen waarbij lithium uit een monster wordt geïsoleerd en omgezet in een verkoopbare vorm van lithium, meestal een stabiele maar gemakkelijk omzetbare verbinding zoals lithiumcarbonaat. De meeste lithiumwinningsprocessen vereisen een of andere vorm van mijnbouw om ondergrondse afzettingen van lithiumrijke mineralen of pekel te bereiken.
Hoewel lithium redelijk overvloedig aanwezig is in zowel land als zee, worden slechts enkele bronnen als economisch levensvatbaar beschouwd. Dit zal naar verwachting de komende jaren veranderen naarmate nieuwe technologieën de winning uit alternatieve lithiumbronnen kostenconcurrerender maken.
Hoe werkt de lithiumwinning?
Commercieel lithium is afkomstig van twee belangrijke bronnen: ondergrondse pekelafzettingen en minerale ertsafzettingen. De methoden voor de winning en verwerking van lithium variëren afhankelijk van het bronmateriaal, en omvatten het volgende:
Conventionele winning van lithiumpekel
Een overweldigende hoeveelheid van het lithium van vandaag wordt gewonnen uit reservoirs van vloeibare pekel die zich onder zoutvlaktes bevinden, bekend als salars, waarvan de meeste zich in het zuidwesten van Zuid-Amerika en China bevinden. Andere lithium-rijke pekelbronnen zijn geothermische en olieveld pekels, die hieronder worden behandeld.
Het winnen van lithium pekel is typisch een eenvoudig maar langdurig proces dat enkele maanden tot enkele jaren kan duren om te voltooien. Er zijn boringen nodig om toegang te krijgen tot de ondergrondse salar-pekelafzettingen, en de pekel wordt dan naar de oppervlakte gepompt en verdeeld over verdampingsvijvers. De pekel blijft in de verdampingsvijvers voor een periode van maanden of jaren totdat het grootste deel van de vloeibare waterinhoud is verwijderd door verdamping door de zon. Salar pekel is zeer geconcentreerd en bevat naast lithium meestal ook kalium en natrium. Installaties exploiteren gewoonlijk verscheidene grote verdampingsbekkens van verschillende ouderdom, en kunnen andere metalen (b.v. kalium) extraheren uit jongere bekkens terwijl zij wachten tot het lithiumgehalte een concentratie heeft bereikt die optimaal is voor verdere verwerking. In sommige gevallen wordt omgekeerde osmose (RO) gebruikt om de lithiumpekel te concentreren en zo het verdampingsproces te versnellen.
Als de pekel in een verdampingsbekken een ideale lithiumconcentratie heeft bereikt, wordt de pekel naar een lithiumwinningsinstallatie gepompt voor extractie. Dit proces varieert afhankelijk van de samenstelling van het pekelveld, maar omvat gewoonlijk de volgende stappen:
- Voorbehandeling. Bij deze stap wordt gewoonlijk gebruik gemaakt van filtratie en/of ionenuitwisseling (IX) om verontreinigingen of ongewenste bestanddelen uit de pekel te verwijderen.
- Chemische behandeling. Vervolgens kan een reeks chemische oplosmiddelen en reagentia worden toegepast om gewenste producten en bijproducten te isoleren door precipitatie.
- Filtratie. De pekel wordt vervolgens gefilterd om de neergeslagen vaste stoffen af te scheiden.
- Verkoopbare lithiumproductie. De pekel wordt uiteindelijk behandeld met een reagens, zoals natriumcarbonaat om lithiumcarbonaat te vormen, en het product wordt vervolgens gefilterd en gedroogd voor verkoop. Afhankelijk van het gewenste product kunnen verschillende reagentia worden toegepast om andere courant verkochte vormen van lithium te produceren, zoals lithiumhydroxide, lithiumchloride, lithiumbromide en butyl-lithium.
Als het lithiumextractieproces is voltooid, wordt de resterende pekeloplossing teruggebracht naar het ondergrondse reservoir.
Hard gesteente / spodumeen lithiumwinning
Hoewel een relatief klein deel van de lithiumproductie in de wereld voor rekening komt, leveren minerale ertsafzettingen jaarlijks bijna 20 ton lithium op. Meer dan 100 verschillende mineralen bevatten een bepaalde hoeveelheid lithium, maar slechts vijf ervan worden actief ontgonnen voor de lithiumproductie. Hiertoe behoort spodumeen, dat veruit het meest voorkomt, alsook lepidoliet, petaliet, amblygoniet en eucryptiet.
Minerale ertsafzettingen zijn vaak rijker aan lithium dan zoutpekel, maar ze zijn duur om te ontginnen omdat ze uit harde rotsformaties moeten worden gedolven. Door het extra energieverbruik, de chemicaliën en materialen die nodig zijn om lithium uit mineraal erts te winnen, kan het proces twee keer zo duur zijn als het winnen uit pekel, een factor die heeft bijgedragen tot het kleinere marktaandeel.
Het proces om lithium uit erts te winnen kan variëren afhankelijk van de specifieke minerale afzetting in kwestie. In het algemeen houdt het proces in dat het minerale materiaal uit de aarde wordt verwijderd en vervolgens wordt verhit en verpulverd. Het verpulverde mineraalpoeder wordt gecombineerd met chemische reactanten, zoals zwavelzuur, waarna de slurry wordt verhit, gefilterd en geconcentreerd door middel van een verdampingsproces om verkoopbaar lithiumcarbonaat te vormen, terwijl het resulterende afvalwater wordt behandeld voor hergebruik of verwijdering.
Andere lithiumwinningsprocessen
Naast zoutpekel en mineraalerts kan lithium worden geproduceerd uit een paar andere bronnen, hoewel deze productie op dit moment nog niet wijdverbreid is. Deze andere lithiumbronnen omvatten:
- Hectorietklei. Er is veel onderzoek en ontwikkeling verricht naar de ontwikkeling van doeltreffende verwerkingstechnieken voor klei, met inbegrip van uitloging met zuur, alkalisch, chloride en sulfaat, alsmede uitsplitsing in water en hydrothermale behandeling. Tot op heden is geen van deze technologieën economisch levensvatbaar gebleken voor het winnen van lithium uit klei.
- Zeewater. Naar schatting bevinden zich honderden miljarden tonnen lithium in onze oceanen, waardoor ze een aantrekkelijke bron zijn om aan de toekomstige vraag naar lithium te voldoen. Hoewel bestaande processen, waaronder een co-precipitatie-extractieproces en een hybride IX-sorptieproces, erin zijn geslaagd lithium uit zeewater te winnen, zijn nieuwere membraantechnologieën veelbelovender om de kosten van zeewaterextractie omlaag te brengen.
- Gerecycleerde pekels van energiecentrales. Pogingen om lithium te winnen uit geothermische pekels winnen aan populariteit naarmate de wereldwijde vraag naar lithium toeneemt en naarmate nieuwe technologieën opkomen. De gebruikte processen volgen conventionele pekelextractie, hoewel ze kunnen worden aangepast op basis van de inhoud van de pekelstroom.
- Teruggewonnen pekel uit olievelden. Het terugwinnen van lithium uit pekel uit olievelden is technisch gezien gewoon een andere vorm van conventionele pekelextractie, met als verschil de bron van de pekel.
- Gerecycleerde elektronica. Lithium batterij recycling voldoet niet echt aan de definitie van extractie, echter, als de vraag groeit, lithium-ion batterij recycling zal een steeds waardevollere bron van het metaal.
Hoewel elk van deze vormt een potentieel waardevolle bron van lithium, de technologieën om pekel te winnen uit hen zijn nog niet genoeg ontwikkeld om ze kosteneffectief of levensvatbare alternatieven voor zoutpekel mijnbouw of minerale erts mijnbouw te maken.
Kan SAMCO helpen?
SAMCO heeft meer dan 40 jaar ervaring in het identificeren van geschikte pekel- en waterbehandelingsoplossingen om de kosten en afvalvolumes te helpen verlagen en tegelijkertijd het lithiumproductierendement te verhogen. Voor meer informatie of om in contact te komen, neem hier contact met ons op om een consult met een ingenieur op te zetten of een offerte aan te vragen. We kunnen u door de stappen leiden voor het ontwikkelen van de juiste oplossing en realistische kosten voor uw lithium verwerkings- en systeembehoeften.
Om meer te weten te komen over SAMCO’s innovatieve technologieën die we vaak toepassen voor lithium productie faciliteiten, bezoek onze pagina over pekel en lithium herstel, ontharding, en zuivering.
Om meer te weten te komen over het terugwinnen van lithium, leest u deze andere blog-artikelen die u wellicht interesseren:
- Hoeveel kost het om lithium te winnen uit geothermische pekel of gemalen erts?
- Beste bedrijven voor het winnen van lithium uit geothermische pekel en andere gewonnen waterstromen
- Is het mogelijk om lithium te winnen uit zeewater?
- Wat is de beste manier om lithium te winnen uit geothermische brijn?
- Hoe verbeter je de lithiumconcentratie en het herstel uit brijnstromen?
- Hoe wordt brijnwinning gebruikt voor lithiumterugwinning?